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城市下的定向钻井： 定向钻探可用于达到无法用垂直井钻探的目标。例如，可能无法获得位于人口稠密地区或公园内的一口井的钻井许可证。但是，可以在人口稠密的地区或公园外面钻一口井，然后定向转向以击中目标。
什么是定向钻井？
为水，石油，天然气，信息或其他地下目标而钻的大多数井是垂直井-直接钻入地下。但是，以与垂直井不同的角度进行钻探可以获取信息，命中目标并以垂直井无法实现的方式增产。在这些情况下，在与垂直方向偏离的方向和角度上准确引导井的能力是一项宝贵的能力。
当定向钻探与水力压裂相结合时，一些在垂直钻探时无能为力的岩石单元可以成为石油或天然气的绝佳生产者。例如，阿巴拉契亚盆地的马塞勒斯页岩和北达科他州的巴肯组。
最小化占地面积： 一个钻台可用于钻多个井。这减少了钻井作业的占地面积。 2010年，德克萨斯大学阿灵顿分校在一个平台上钻了22口井。这些井从校园下方约1100英亩的土地中抽出天然气。在25年的使用寿命中，这些井预计将产生总计1,100亿立方英尺的天然气。替代方案是钻很多井，每口井都需要一个钻台，池塘，通路和集水线。
为什么要钻非垂直井？
定向钻井和水平钻井已用于到达相邻陆地以下的目标，减少了气田开发的面积，增加了井中“产油区”的长度，故意相交裂缝，建造了救济井，并在陆地以下安装了公用事业服务。挖掘是不可能的或极其昂贵的。
以下列出了钻非垂直井的六个原因。它们由此页上的六个图以图形方式说明。
A）垂直钻孔无法达到的命中目标。
有时，水库位于无法或禁止钻井的城市或公园下。如果钻探垫位于城市或公园的边缘，并且井的钻井角度将与水库相交，则该水库仍可能会被挖掘。
B）从单个钻孔垫中排出大面积区域。
该方法已被用于减少钻孔操作的表面占地面积。 2010年，该新闻报道了得克萨斯大学阿灵顿分校在一个单独的钻台上钻22口井的情况，该井将排放校园下方1100英亩的天然气。在25年的使用寿命中，这些井预计将产生总计1,100亿立方英尺的天然气。这种方法大大减少了园区内天然气开发的足迹。
最大化薪酬区： 如果在50英尺厚的储层岩石中钻了一个垂直井，那么天然气或石油可以通过50英尺线性的“产油层”渗入该井中。但是，如果将井转到水平位置（或与岩石单元相同的倾角）并在该岩石单元内进行钻探，则在产层中的渗透距离可能会更大。一些水平井的产层穿透深度超过一英里。
裂缝性储层： 一些储层的大部分孔隙空间以裂缝的形式存在。成功的井必须穿透裂缝才能使天然气流入井中。在许多地理区域中，大多数裂缝都沿着主要的裂缝方向排列。如果垂直于这些裂缝的平面钻探井，那么将穿透最大数量的裂缝。
C）增加目标岩石单元内“产油区”的长度。
如果岩石单元的厚度为五十英尺，则钻穿它的垂直井将具有五十英尺长的产层。但是，如果将井旋转并在岩石单元中水平钻探五千英尺，则该单井的产油区将长五千英尺-这通常会显着提高该井的生产率。与水力压裂相结合，水平钻井可以将非生产性的页岩转化为奇妙的储层岩石。
D）提高裂缝性油藏中的井的生产率。
这是通过在与最大数量的裂缝相交的方向上钻孔来完成的。钻孔方向通常与主要裂缝方向成直角。花岗岩基岩中的地热田通常几乎全部从裂缝中获得水交换。与主要裂缝方向成直角进行钻探将驱使油井通过最大数量的裂缝。
E）密封或释放“失控”井中的压力。
如果一口井失控，可以钻一个“浮雕井”以使其相交。相交的井可用于密封原始井或缓解失控井中的压力。
F）在不能进行挖掘的地方安装地下公用设施。
水平钻孔已用于安装必须穿越河流，穿越道路或在城市下行驶的天然气和电力线。
救济好： 如果井出现问题并开始失去控制，则必须在一定深度处将其密封或释放压力。在这种情况下，可以从附近的站点钻一个“救济井”。溢流井将是定向井，与问题井的井口相交，以排出一些压力或通过将水泥泵入井中而堵塞井。
受益于水平钻井的岩石单元
垂直井可以有效地排出渗透率非常高的岩石单元。这些岩石单元中的流体可以长距离快速高效地流入井中。
但是，在渗透率非常低的情况下，流体在岩石中的流动非常缓慢，并且不能长距离传播到井眼。通过使井眼更接近流体源，水平钻井可以提高低渗透岩石的生产率。
公用事业专线： 有时会通过定向钻井来安装公用事业服务线，例如输送电力，水或天然气的服务线。当他们必须穿越开挖会干扰交通的道路，穿越无法开挖的河流或穿越社区的情况下使用这种方法，因为开挖进行地面安装会非常昂贵并造成干扰，因此可以使用这种方法。
页岩水平钻井与水力压裂
水平钻井所起的最重要作用也许是天然气页岩气的开发。这些低渗透率的岩石单元含有大量的天然气，存在于北美的大部分地区。
德克萨斯州的Barnett页岩，阿肯色州的Fayetteville页岩，路易斯安那州和德克萨斯州的Haynesville页岩以及阿巴拉契亚盆地的Marcellus页岩就是例子。在这些岩石单元中，挑战不是“寻找”储层。面临的挑战是从低渗透率岩石单元中很小的孔隙中回收气体。
为了提高富含有机物的页岩中的油井生产率，公司在岩石单元中水平钻探，然后利用水力压裂产生人工渗透率，并由压裂砂支撑。一起完成，水平钻井和水力压裂可以生产出一口生产井，而垂直井只会产生少量的天然气。
钻井方法
大多数水平井从地面开始就是垂直井。钻探一直进行到钻头位于目标岩石单元上方几百英尺为止。此时，将管道从井中拉出，并将液压马达连接在钻头和钻杆之间。
液压马达由钻杆下方的钻探泥浆流提供动力。它可以旋转钻头，而无需旋转钻头和地面之间的整个钻杆长度。这允许钻头钻出偏离钻杆定向的路径。
电机安装好后，钻头和管子又下降到井下，钻头钻出一条路径，可在几百英尺的距离内将井眼从垂直方向转到水平方向。一旦将井转向正确的角度，就可以继续进行直接钻进，并且井跟随目标岩石单元。将井保持在薄岩石单元中需要仔细导航。井下仪器用于确定钻孔的方位角和方向。该信息用于操纵钻头。
水平钻孔价格昂贵。当与水力压裂相结合时，每英尺的成本可能是钻一口垂直井的三倍。通常通过增加油井的产量来收回额外的成本。这些方法可以使一口井的天然气或石油产量增加。如果没有这些方法，许多有利可图的井将是失败的。
新的租赁和皇室哲学
在从垂直井中生产天然气时，天然气是在单一地块下生产的。大多数州都有悠久的矿产权规则，以管理垂直井生产的天然气的所有权。天然气通常在一块土地上或距生产井的半径距离内被所有土地所有者共享。
水平井引入了一个新变量：单个井可以渗透并从不同所有者的多个包裹中生产天然气。如何公平地分享这种气体的特许权使用费？通常在结合政府规则和私人使用费分成协议进行钻取之前，可以回答此问题。与垂直井相比，如何划分特许权使用费以及如何对待“拒付”土地所有者可能更加复杂。